夏永文 羅春根 曹倩倩

摘要：縱置動(dòng)力總成布置通?？紤]彈性中心理論，其主要目的是為了使扭轉(zhuǎn)方向與平動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，以實(shí)現(xiàn)懸置系統(tǒng)更好的解耦性能。由于縱置的左右懸置一般對(duì)稱布置，roll向與Z向耦合振動(dòng)相互抵消忽略，這個(gè)可能存在一定局限性。本文通過對(duì)懸置系統(tǒng)耦合剛度的研究，綜合考慮各向耦合力的解耦，對(duì)懸置布置提出一些改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：彈性中心;耦合剛度;懸置布置

中圖分類號(hào)：U462.3+1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）07-0008-02

0 ?引言

懸置系統(tǒng)是動(dòng)力總成振動(dòng)傳遞路徑過程中最重要的減振件之一，直接影響動(dòng)力總成振動(dòng)傳遞及車內(nèi)的舒適性。懸置系統(tǒng)解耦率的好壞對(duì)懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)起關(guān)鍵指導(dǎo)作用。對(duì)于縱置懸置系統(tǒng)而言，前期布置解耦直接影響后續(xù)的解耦優(yōu)化，當(dāng)前通常要求扭矩軸和彈性軸重合以達(dá)到布置上的解耦。實(shí)際上，由于布置邊界、零件制造等因素的影響，完全重合不太可能，這種情況下，所謂的懸置系統(tǒng)的彈性軸位置，相對(duì)扭矩軸在理論范圍內(nèi)到底高一點(diǎn)好，還是低一點(diǎn)好，這是值得深思的問題。

1 ?概述

對(duì)橫置發(fā)動(dòng)機(jī)，懸置布置過程中，基本沒有安裝角度的影響，只需要對(duì)懸置布置的位置進(jìn)行控制就可以平衡懸置系統(tǒng)彈性軸/點(diǎn)與動(dòng)力總成扭矩軸的關(guān)系，因此懸置前期布置過程中，對(duì)懸置的位置有著嚴(yán)格的定義要求?？v置發(fā)動(dòng)機(jī)，懸置系統(tǒng)彈性軸/點(diǎn)由安裝位置、安裝角度、橡膠壓減比決定，因此與橫置存在很大的差異性，同樣的控制范圍，縱置懸置布置過程中的傳統(tǒng)彈性軸高于扭矩軸好，還是低于扭矩軸好？為進(jìn)一步明確布置上的解耦，我們不妨從縱置懸置系統(tǒng)的彈性軸定義開始分析。

2 ?彈性中心理論

對(duì)于縱置兩邊對(duì)稱布置的懸置，懸置點(diǎn)受到Y(jié)向位移時(shí)，懸置受力情況如下：

其中：Kw為垂向剛度（橡膠壓縮方向），Kv為切向剛度，θ指懸置安裝角度（如圖1受力示意圖）。

懸置整車方向受力情況如下：

Y向受到位移后，扭矩方向受力情況如下：

綜上可得：

對(duì)于前懸置而言，總存在一個(gè)點(diǎn)，使roll（繞X）方向存在扭矩時(shí)，Y向位移為零。即roll向與Y向耦合剛度Kyrx為零，該點(diǎn)即為彈性中心點(diǎn)。

根據(jù)定義，Kyrx為零時(shí)，彈性中心點(diǎn)其實(shí)僅限于Y向與roll向的耦合剛度的定義，進(jìn)一步簡(jiǎn)化得：

其中，l為壓剪比kw/kv，Z/Y為高寬比。懸置高寬比與壓剪比、安裝角度關(guān)系如圖2所示。

如圖2所示，Y向與roll向彈性點(diǎn)與懸置布置規(guī)律如下：

①當(dāng)壓減比越高，其彈性點(diǎn)越高;

②當(dāng)安裝角度處于23°左右，其彈性點(diǎn)時(shí)最高的，隨后，隨安裝角度增大而變小。

通常，縱置懸置系統(tǒng)彈性軸主要按roll向與Y向彈性點(diǎn)進(jìn)行考量。

3 ?關(guān)于roll向與Z向的耦合剛度

彈性中心點(diǎn)主要針對(duì)剛體解耦，對(duì)于Z向與roll向的耦合剛度，按對(duì)稱布置，合成值為零，其實(shí)質(zhì)是針對(duì)缸體質(zhì)心。對(duì)于單個(gè)懸置而言，繞曲軸方向的扭矩傳遞到車身的Z向位移不可忽略。

3.1 roll向與Z向耦合剛度與懸置參數(shù)關(guān)系

同理推導(dǎo)，懸置roll向與Z向耦合剛度公式：

根據(jù)公式（6），很容易求得關(guān)于roll向與Z向耦合剛度的中心點(diǎn)與懸置參數(shù)關(guān)系，結(jié)果如圖3所示。

根據(jù)圖3所示，roll向與Z向彈性點(diǎn)與懸置布置規(guī)律如下：

①當(dāng)壓剪比越小，roll向與Z向彈性點(diǎn)越低;這個(gè)與前面所述的roll向與Y向彈性點(diǎn)相反。

②角度越小，彈性點(diǎn)越高。對(duì)于roll向與Y向彈性點(diǎn)，角度到23°左右時(shí)彈性點(diǎn)最高。

因此，這兩種彈性點(diǎn)對(duì)于懸置的壓減比和角度布置是有一定的區(qū)別。這樣，我們很容易可以驗(yàn)證兩者對(duì)于整車的實(shí)際影響。

3.2 縱置布置點(diǎn)驗(yàn)證

某商用車柴油車開發(fā)項(xiàng)目（縱置車型），前懸置安裝角度為30°，根據(jù)前述計(jì)算，roll與Z（圖4虛線）向及roll向與Y向彈性解耦點(diǎn)（圖4實(shí)線）均在扭矩軸上方（如圖4所示），變更壓剪比，由1.5逐漸提升到7，roll與Z向的彈性點(diǎn)往下降低，roll與Y向的彈性點(diǎn)往上升高，兩者趨勢(shì)相反。為了驗(yàn)證趨勢(shì)，本方案將壓剪比提高，roll與Z向彈性解耦點(diǎn)離扭矩軸更近，roll與Y向彈性解耦點(diǎn)離扭矩軸更遠(yuǎn)。

懸置剛度對(duì)比參數(shù)如表1，由于整體布置包括角度沒變，僅涉及前懸置剛度比調(diào)整，計(jì)算模態(tài)基本相當(dāng)。具體變化參數(shù)如表1。

將不同壓剪比的方案在同一輛車上進(jìn)行單一因素驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果見圖5，扭矩軸偏向roll與Z向彈性點(diǎn)時(shí)，Z向振動(dòng)由0.087m/s2降低到0.074m/s2。即垂向振動(dòng)隨roll向與Z向彈性中心布置優(yōu)化而有較大的改善。

當(dāng)然，Y向與roll向的彈性點(diǎn)對(duì)點(diǎn)火側(cè)傾有著較大的影響，在文獻(xiàn)[6]上有過論述，此處更改壓減比幅度相對(duì)較小，點(diǎn)火抖動(dòng)影響不大。因此，在roll向與Y向彈性點(diǎn)布置范圍內(nèi)，可以適當(dāng)?shù)目拷黵oll向與Z向彈性點(diǎn)。對(duì)于縱置懸置系統(tǒng)布置而言，我們常見的縱置液壓懸置，在布置上由于要考慮疲勞性能，不得不采用平置布置，即犧牲Y向與roll向的彈性點(diǎn)，布置上無法完全解耦，這類車型布置往往會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間有點(diǎn)輕微晃動(dòng)，但由于roll向與Z向布置原因，車輛在原地怠速工況也不一定差。

4 ?總結(jié)

通過試驗(yàn)驗(yàn)證確認(rèn)，考慮懸置單體，在縱置布置過程中，roll向與Z向彈性中心點(diǎn)不應(yīng)被忽略。Roll向與Z向彈性中心點(diǎn)靠近扭矩軸布置方法對(duì)車內(nèi)振動(dòng)有一定改善作用。因此，建議在縱置懸置系統(tǒng)布置過程中，綜合考慮兩種彈性中心點(diǎn)，以提升懸置系統(tǒng)NVH性能。

參考文獻(xiàn)：

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[3]呂振華，羅捷，范讓林.動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)隔振設(shè)計(jì)分析方法[J].中國(guó)機(jī)械工程，2003：14（3）：265-270.

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[6]夏永文.縱置動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)解耦計(jì)算優(yōu)化[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2015（10）.